Климатическая система имеет сложную структуру  и, по мнению А.С. Монина и Д.М. Сонечкина (2005), климат нельзя описать очень малым числом «независимых» параметров. Для характеристики климата используется ряд показателей, которые испытывают значительную пространственно-временную изменчивость. К числу наиболее известных изученных колебаний метеорологических элементов и климатических характеристик относятся следующие (Монин А.С., 1982; Каган Б.А., Рябченко В.А., Сафрай А.С., 1990):

1. Мелкомасштабные колебания с периодами от долей секунд до минут, обусловленные турбулентностью и высокочастотными волновыми процессами (акустическими и гравитационными волнами в атмосфере).

2. Мезомасштабные колебания с периодами от минут до часов. Их интенсивность сравнительно невелика.

3. Синоптические колебания с периодами от нескольких часов до нескольких суток в атмосфере и недель в океане. К этой группе относятся также суточные и полусуточные колебания, создаваемые суточными изменениями инсоляции и гравитационными силами Луны и Солнца.

4. Глобальные колебания с периодами от недель до месяцев. Примером могут служить двухнедельные колебания индекса циркуляции (средней угловой скорости вращения атмосферы в умеренных широтах относительно поверхности Земли) и 30–60-суточные колебания в индоокеанском и тихоокеанском секторах тропической атмосферы.

5. Сезонные колебания, к числу которых относятся колебания с годовым периодом и их гармоники (в том числе муссонные явления).

6. Междугодичные колебания с периодами порядка нескольких лет. К ним принадлежат квазидвухлетние колебания метеовеличин, имеющие глобальный характер, но наиболее отчетливо выраженные в экваториальной стратосфере, квазидвухлетнее явление ЭНЮК (Эль-Ниньо – Южное колебание) и др.

7. Внутривековые колебания с периодами порядка десятков лет, типичным примером которых являются изменения глобальной температуры XX столетия.

8. Междувековые колебания с периодами порядка нескольких веков или нескольких десятков веков. Их проявления – похолодание (X в. до н.э. – III в. н.э.), потепление в XV–XVI вв.,   «малый ледниковый период» (XVII–XIX вв.).

9. Долгопериодные колебания с периодами порядка десятков тысяч лет (ледниковые и межледниковые эпохи плейстоцена), связанные с изменением параметров земной орбиты и наклона земной оси.

10. Изменения геологических эпох с периодами порядка десятков и сотен миллионов лет, создаваемые орогенными и тектоническими процессами и дрейфом континентов.